UN SOLO SERBATOIO DI GRANDI DIMENSIONI PUÒ RIMEDIARE ALLA MANCATA COMPENSAZIONE GIORNALIERA DI TUTTA UNA SERIE DI PICCOLI SERBATOI DELLA STESSA RETE ACQUEDOTTISTICA

La funzione che le teorie acquedottistiche classiche assegnano al serbatoio giornaliero degli acquedotti è quella di effettuare la compensazione delle portate durante il ciclo di 24 ore della giornata.

Figura n. 1 .= Grafico delle portate e delle altezze e dei volumi di invaso nel giorno di massimo consumo secondo le teorie classiche

Un esempio chiarificatore può essere quello della figura n. 1. Si suppone una produzione fissa di 100 l/sec rappresentata dalla retta orizzontale color magenta e  che, proprio per la sua costanza di produzione nel tempo, rappresenta la soluzione ideale. , L’andamento giornaliero dei consumi è raffigurato dalla spezzata azzurra e quindi con soli 40 l/sec alla notte, dalle ore 1 alle 5 e di 150 l/sec dalle 8 alle 9. Nelle ore pomeridiane si stabilizza n un consumo di circa 120 l/sec che dura fino alle 20 per poi calare velocemente. Il volume del serbatoio necessario per la compensazione delle portate risulta pari a mc 1240 che si suppongono attuati da un serbatoio alto 5 m e con una superficie di 310 mq. La parte inferiore del serbatoio per un’altezza di un metro si suppone inutilizzata a fini compensativi per costituire invece una riserva di emergenza atta a coprire eventuali necessità idriche eccezionali ed imprevedibili

Dalle regole classiche risulterebbe che una rete di distribuzione munita di un serbatoio del genere sarebbe in grado di immagazzinare durante la notte il citato volume di 1240 mc atto a fronteggiare esattamente le punte di consumo del giorno successivo e quindi garantire il mantenimento di una produzione costante per tutto l’arco della giornata come già indicato. Nella pratica di esercizio ed anche nelle simulazioni effettuate al modello matematico si constatata invece che una sequenza del genere è praticamente impossibile da realizzarsi a causa dei molti fenomeni che caratterizzano il funzionamento idraulico effettivo delle reti ed anche a seguito della composizione dei consumi che nella realtà sono molto variabili nel tempo e nelle svariate aree alimentate dalla rete. A tutto ciò deve aggiungersi che una progettazione delle opere di compensazione come quella in uso che si basa soltanto sulla verifica del giorno di massimo consumo è da considerarsi errata dovendo invece esaminare approfonditamente anche le modificazioni idrauliche che intervengono negli altri giorni di minore richiesta idrica. Nel seguito si cercherà di approfondire le questioni con successive elaborazioni dell’esempio citato.

Nel giorno di massimo consumo di cui alla figura n.1, essendo note sia la portata prodotta durante la giornata e pari a 100 l/sec costanti e sia il consumo variabile di minuto in minuto dell’utenza, si è potuto determinare, con semplici elaborazioni del grafico, la curva dei livelli che deve assumere l’acqua in serbatoio e che è rappresentata dalla spezzata in colore rosso . Ovviamente il serbatoio si vuota durante il periodo diurno, approssimativamente dalle ore 6.30 alle 21, durante il quale la portata prodotta di 100 l/sec non sarebbe in grado di fronteggiare da sola i consumi nel mentre il riempimento del serbatoio medesimo avverrà nelle rimanenti ore della giornata e cioè dalle 21 alle 6.30 del giorno dopo.

Figura n. 2 = Grafico del funzionamento assurdo del giorno di basso consumo e con produzione costante

Esaminiamo ora una giornata di consumi più bassi di quelli descritti e raffigurata nella figura n. 2. Se anche in questo caso la produzione si mantenesse sui 100 l/sec l’intervento del serbatoio si ridurrebbe ad un volume irrisorio di soli 195 mc mentre i grandi quantitativi dell’acqua prodotta durante la notte ed evidenziati nella figura n. 2 con tratteggio,dovrebbero essere sfiorati e quindi persi. Se ne conclude che la produzione, per rimanere costante per tutta la giornata, dovrebbe essere congruamente ridotta fin dalle prime ore del mattino durante le quali si dovrebbe di già impostarla sul valore di quella che sarà la portata media della giornata ancora da venire. Si capisce bene che quella appena descritta è un’ipotesi assolutamente irrealizzabile non esistendo la possibilità di leggere il futuro : si tratta evidentemente di una mera fantasia citata solo per assurdo.

Dalle esperienze dirette di esercizio di serbatoi reali si è però riusciti a determinare una buona modalità di regolazione basata fin dal primo mattino sulla impostazione non già della esatta portata media del giorno in corso, bensì di una portata che non solo vi si avvicina notevolmente ma che presenta anche un ulteriore vantaggio nelle modalità di produzione dell’acqua come verrà spiegato nel seguito.

Appare ovvio che il serbatoio di compenso non debba essere attivo soltanto nelle rare giornate di alti consumi ma che si debba invece sfruttare il suo invaso in tutte le 365 giornate dell’anno tipo obbligandolo ad immettere in rete durante le ore diurne tutto il volume di 1240 mc immagazzinato alla notte , ovviamente ad eccezione di quello di riserva che deve rimanere a disposizione degli eventi eccezionali. La regola da adottare per ottenere questo risultato è molto semplice e consiste nel modificare radicalmente le attuali modalità di regolazione del serbatoio sostituendo quella normalmente in uso e definita “al massimo livello” con quella “a livelli imposti nelle 24 ore”. In pratica si tratta di sostituire ai galleggianti di cui sono dotati la gran parte dei serbatoi allo scopo di chiudere l’immissione a serbatoio pieno, un dispositivo automatico che rilevi in tempo reale il livello dell’acqua in serbatoio e provveda a modificare in tempo reale la portata immessa in modo di far coincidere in continuità l’altezza dell’acqua effettiva con quella preimpostata tramite il grafico giornaliero che, nel caso dell’esempio in corso è sempre quello rappresentato dalla spezzata di colore rosso rimasta invariata nei grafici allegati.

La regolazione di nuovo tipo atta a risolvere il problema si basa su una diversa tipologia di regolazione della portata immessa nel serbatoio giornaliero che impone di abbandonare il sistema generalmente usato e detto “al massimo livello” in quanto impostata su galleggianti posti nel serbatoi allo scopo,di chiudere l’alimentazione quando il serbatoio è pieno per riattivarlo quando esso svuotandosi raggiunge determinati livelli. Tale tipologia di lavoro va bene nella giornata di punta in quanto il serbatoio diventa essenziale per coprire le punte di consumo ma non lo è in tutte le altre giornate nelle quali, come risulta dalla figura n. 2, la produzione, esuberante rispetto i diminuiti consumi, provvede immediatamente a riempire il serbatoio non appena questi tende a svuotarsi.

Si analizza ora il funzionamento del serbatoio nelle giornate di consumo inferiore di quello esaminato.

Figura n.3 = grafico giornaliero di consumi molto bassi

La figura n. 3 si riferisce ad una giornata di consumi molto bassi  nella quale la portata massima che era di 150 l/sec si è abbassata a 75 l/sec, quella pomeridiana da 120 l/sec è passata a 60 mentre quella minima notturna da 40 è diventata pari a 20 l/sec. Nel grafico si è riportata la stessa curva rossa che rappresenta i livelli assunti dal serbatoio nel giorno di massimo consumo allo scopo di rispettare la regola appena citata e che impone al serbatoio stesso di svuotarsi secondo la medesima curva rossa in tutte le giornate dell’anno. Essendo in possesso sia dei volumi immessi in rete ora per ora dal serbatoio ricavati dall’andamento della riga rossa e sia dei nuovi consumi dell’utenza ( nuova riga blu) si è potuta calcolare la portata da produrre nei vari periodi della giornata in esame e che è rappresentata dalla curva in colore nero della figura 3.

Vi si possono trarre considerazioni molto interessanti. Innanzitutto si constata che l’andamento della portata prodotta (in nero) si avvicina molto alla retta della portata media del giorno dimostrando come si sia di fatto risolto il problema, in anteprima considerato ideale ma inattuabile, di garantire una produzione che varia di giorno in giorno ma che resta sempre molto vicina alla portata media del giorno medesimo. In secondo luogo si ottiene un ulteriore importante risultato in quanto le differenziazioni tra portata media giornaliera e portata reale manifestano una tendenza a maggiorare la produzione notturna che è pari a circa  70 l/sec dalle ore 24 alle 6 con una corrispondente diminuzione di quella diurna  che è di circa 40 l/sec nel caso rappresentato dalla figura n. 3. Se si quantifica l’ammontare di tale variazione della portata notturna con diminuzione di quella diurna in funzione delle variazioni della richiesta idrica giornaliera dell’utenza, si constata che essa ammonta a zero nel giorno di massimo consumo, per diventare quella rappresentata nella figura 4 caratterizzata da una modesta diminuzione ivi evidenziata graficamente per poi aumentare ulteriormente nelle giornate di consumo minore: si tratta di un fenomeno così importante da qualificare il metodo in esame con regolazione “a livelli imposti”come più promettente addirittura di quello, del tutto inattuabile e precedentemente definito “regolazione ideale” in quanto basato sulla impostazione giorno per giorno della esatta portata media giornaliera.

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Fig. 4 = Esempio di raffronto tra portate diurne e notturne prodotte in funzione della produzione giornaliera

Inutile far rilevare come il produrre maggiori volumi idrici durante la notte e contemporaneamente diminuire quelli diurni costituisca un grande vantaggio non solo per i minori costi energetici della corrente elettrica ma anche par la maggiore producibilità di molte fonti e soprattutto quelle di falda idrica del sottosuolo che risulta marcatamente migliore per i diminuiti prelievi che gli utilizzatori in genere praticano la notte.

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Figura n. 5 Ottimo esempio di grande acquedotto dotato di serbatoi sparsi ovunque e sempre pieni.

L’adozione delle regole descritte svolge un compito eccezionalmente importante soprattutto nei grandi sistemi che alimentano diversificate reti acquedottistiche piccole e grandi ed interconnesse le quali di solito sono dotate di numerosi serbatoi di compensazione sparsi in lungo ed in largo nel territorio servito. In tale caso si tratta di serbatoi di svariata tipologia ( serbatoi pensili, serbatoi seminterrati e vasche poste di per sé in posizioni elevate ) ma tutti caratterizzati da grandi difficoltà di regolazione con risultati molto inferiori alle aspettative. In genere si tratta di invasi che sono generalmente sempre al loro massimo livello ed in attesa di punte eccezionali di consumo, punte che non sempre i citati accumuli nei serbatoi riescono poi a coprire efficacemente. In questi casi l’inserimento in rete ed posizione opportuna di un grande serbatoio di compensazione giornaliera regolato con il metodo dei livelli preimpostati svolge una utilissima azione di regolarizzazione della produzione generale del sistema immettendo sistematicamente in rete grandi volumi idrici immagazzinati esclusiva,mente nelle notti e provvedendo in tal modo a compensare il mancato servizio di compensazione che avrebbe dovuto essere svolto dai citati serbatoi sparpagliati nella rete.

Questo servizio compensativo basato sulla preimpostazione dei livelli a grande scala non risulta attuato in nessuno dei grandi acquedotti italiani essendo sostituito da altri metodi complessi e senza dubbio efficaci. il  fattore generalmente incognito è proprio la possibilità di integrare le portate giornaliere non già creando nuove fonti ma semplicemente obbligando i propri impianti ad accumulare la notte per immettere obbligatoriamente in rete nel giorno successivo. Tutto ciò è dovuto alla mancata percezione dell’importanza che riveste l’esame e quindi la risoluzione del problema delle escursione notte/ giorno. Settimana/ mese ed infine stagione per stagione.

Si entra allora in un campo molto vasto che comprende diverse metodologie che possono usufruire di validissimi e sofisticati programmi esecutivi di cui sono dotati i sistemi di telecontrollo e telecomando dei grandi acquedotti e che si basano su una profonda conoscenza in tempo treale del funzionamento degli acquedotti e di utilissimi dati statistici ed inoltre usufruiscono di moderne metodologie di verifica idraulica dell’insieme e quindi effettuano la regolazione degi serbatoi in modo veramente ottimale. Ciononostante la regolazione qui proposta può senz’altro trovare applicazione in molti acquedotti agendo a monte delle sofisticate metodologie digitali di cui si è detto e che troveranno da tale regolazione validi motivi per migliorare ulteriormente la tecnica di regolazione dei serbatoi di accumulo

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